本文選題：稀磁半導(dǎo)體 + 二氧化鈦��； 參考：《河南師范大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：過渡金屬(比如Mo,Ag,Mn和Ru等)元素替代非磁性半導(dǎo)體中的一些原子形成了稀磁半導(dǎo)體(DMSs),其兼具半導(dǎo)體的磁性材料的磁學(xué)性質(zhì)與電學(xué)性質(zhì),而且在大規(guī)模集成電路,高頻率器件和光電子器件等方面得到了廣泛的運(yùn)用,因而引起研究者的廣泛關(guān)注。關(guān)于稀磁半導(dǎo)體的室溫鐵磁性現(xiàn)象研究者開展了越來(lái)越多的理論與實(shí)驗(yàn)研究。但是,研究者依舊沒有清楚的理解在稀磁半導(dǎo)體中的的室溫鐵磁性的來(lái)源機(jī)理,一些研究者認(rèn)為是不同摻雜的過渡金屬離子所產(chǎn)生了室溫鐵磁性,一些研究者則認(rèn)為是因?yàn)楦鞣N不同缺陷的形成所產(chǎn)生的。為了更確切的理解稀磁半導(dǎo)體中室溫鐵磁性的起源,本論文重點(diǎn)利用實(shí)驗(yàn)與第一性原理計(jì)算相結(jié)合的方法來(lái)研究過渡金屬和非金屬共摻雜二氧化鈦(TiO_2)的室溫鐵磁性的來(lái)源機(jī)理。主要研究工作包括:1.Au摻雜和未摻雜TiO_2納米顆粒薄膜是利用溶膠-凝膠和濺射的試驗(yàn)方法所制備的,X射線衍射(XRD)測(cè)試顯示所制備的TiO_2樣品全部表現(xiàn)為銳鈦礦相結(jié)構(gòu),并沒有發(fā)現(xiàn)Au團(tuán)簇或者第二相的產(chǎn)生;通過紫外可見分光光度計(jì)(UV-vis)的測(cè)試,在樣品中Au主要是是以Au團(tuán)簇的形式存在的并非Au金屬。X射線光電子能譜(XPS)的測(cè)試認(rèn)為,Au團(tuán)簇?fù)诫s的TiO_2(在空氣氣氛下退火)樣品中Au以Au~0存在于樣品中,通常情況下氧空位(Vo)誘導(dǎo)Ti~(3+)的形成,但Au團(tuán)簇?fù)诫s的TiO_2(在空氣或N_2氛圍下退火)樣品中均只有Ti~(4+)存在且并未發(fā)現(xiàn)Ti~(3+),所以為了證明Vo的存在我們又做了熒光光度計(jì)(PL)測(cè)試。PL測(cè)試表明TiO_2樣品均有Vo存在。通過振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)測(cè)試展示TiO_2樣品都表現(xiàn)了室溫鐵磁性(RTFM)行為,所有樣品的飽和磁化強(qiáng)度(Ms)的順序如下:Au摻雜TiO_2納米顆粒薄膜(在N_2氣氛下退火)未摻雜的TiO_2納米顆粒薄膜(在空氣氣氛下退火)Au摻雜TiO_2納米顆粒薄膜(在空氣氣氛下退火);第一性原理計(jì)算得出Au團(tuán)簇?fù)诫sTiO_2薄膜的形成能低于Vo和Au團(tuán)簇共摻雜的TiO_2薄膜。在Au團(tuán)簇?fù)诫s的TiO_2薄膜中,表面Vo因?yàn)锳u團(tuán)簇?fù)诫s從而抑制了它的形成,電子從Ti3d轉(zhuǎn)移到Au5d。在Au摻雜TiO_2薄膜(在N_2氛圍下退火)中,大量的Vos和Au團(tuán)簇導(dǎo)致了Ti3d和O2p自旋分裂,因此導(dǎo)致了相對(duì)比較高的飽和磁化強(qiáng)度(Ms),結(jié)果是Vo在其磁性來(lái)源中起著十分重要的作用。2.利用溶膠-凝膠的實(shí)驗(yàn)方法制備了Fe摻雜和Fe-C共摻雜TiO_2納米顆粒薄膜,XRD測(cè)試展示,所有制備的TiO_2樣品均只有銳鈦礦相結(jié)構(gòu);利用UV-vis的測(cè)試顯示Fe-C共摻雜TiO_2納米顆粒薄膜吸收帶邊發(fā)生紅移,可能是Fe或C元素的摻雜導(dǎo)致了帶隙的縮減;通過PL測(cè)試發(fā)現(xiàn)所有樣品均存在Vo;VSM測(cè)試表明所有樣品都有磁滯回區(qū),呈現(xiàn)出了室溫鐵磁性(RTFM),Ms的順序如下:Fe-C共摻雜TiO_2Fe-C共摻雜TiO_2(在O2氛圍下退火)C摻雜TiO_2C摻雜TiO_2(在O2氛圍下退火);利用第一性原理計(jì)算得出在Vo存在的情況下,Fe-C共摻雜TiO_2薄膜凈磁矩Fe-C共摻雜TiO_2薄膜凈磁矩,由此,第一性原理計(jì)算的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本保持一致。3.通過兩步陽(yáng)極氧化法制備Mo摻雜和Mo-N共摻雜TiO_2納米管薄膜,XRD測(cè)試暗示,Mo或N原子成功摻入到TiO_2銳鈦礦結(jié)構(gòu)中;通過PL測(cè)試發(fā)現(xiàn)樣品均存在Vo;VSM測(cè)試顯示,所有制備的樣品都具有室溫鐵磁性,同時(shí)Ms的順序如下:Mo-N共摻雜TiO_2納米管Mo摻雜TiO_2納米管N摻雜TiO_2納米管不摻雜TiO_2納米管;所以,Ms的最大是Mo-N共摻雜TiO_2納米管薄膜的,Ms的提高可能是因?yàn)樗鶕诫s的Vo,Mo和N的共同作用的結(jié)果引起的。XPS測(cè)試表明,所有樣品中均出現(xiàn)Ti~(3+),暗示了樣品中形成了Vos。
[Abstract]:In order to understand the origin of room temperature ferromagnetism in diluted magnetic semiconductors , it is believed that Au doping and un - doped TiO _ 2 nano - particle films have been produced by the method of sol - gel and sputtering . Mo or N atoms were successfully incorporated into the anatase structure of TiO _ 2 ; the presence of Vo was found in the samples by PL test . All the prepared samples had room temperature ferromagnetic properties . The order of Ms was as follows : Mo - N co - doped TiO _ 2 nanotubes Mo - doped TiO _ 2 nanotubes N - doped TiO _ 2 nanotubes were not doped with TiO _ 2 nanotubes . The results of XPS showed that Ti ~ ( 3 + ) appeared in all samples , suggesting that Vos was formed in the samples .
【學(xué)位授予單位】：河南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN304.7

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本文編號(hào)：1940239